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RÉSUMÉ
La connaissance et la quantification des microstructures avant et après les traitements thermiques, thermochimiques ou thermomécaniques est indispensable à la maitrise des propriétés d’emploi des alliages métalliques. Le présent article détaille les possibilités de quantification surfacique et volumique des microstructures et leurs problématiques spécifiques. Il détaille les solutions normalisées et les pratiques courantes, ainsi que les techniques les plus récentes de métallographie quantitative en deux et en trois dimensions. Parmi ces dernières, figurent la micro-tomographie rayons X et la micro-tomographie par couche, ainsi que les approches mathématiques de type méthode de Saltykov.
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-
Thomas MUNCH : Ingénieur ENSAIS - Agrégé en Mécanique, Saint-Louis, France
INTRODUCTION
D’une manière générale, la transformation, par corroyage, et par traitements thermiques et thermochimiques, des alliages métalliques détermine leurs propriétés d’emploi. La connaissance et la quantification des microstructures avant et après les traitements thermiques, thermochimiques ou thermomécaniques, est indispensable à la maîtrise de leurs effets et au pilotage de leur process.
Ces traitements reposent sur deux types de données dont les méthodes de mesure les plus courantes sont :
-
l’analyse des points de transformation physico-chimique (analyses thermique, dilatométrique et magnétique), qui fait l’objet de l’article [M 90] ;
-
l’analyse des microstructures (ou topographie des constituants : quantité, forme, dispersion des phases) par microscopie optique ou électronique et techniques associées, qui fait l’objet de l’article [M 91].
Le présent article détaille les possibilités de quantification surfacique et volumique des microstructures, les problématiques spécifiques et les solutions normalisées. L’application de ces techniques débouche sur les connaissances métallographiques permettant d’optimiser le choix des matériaux, ainsi que leurs traitements, ce qui est crucial pour maximiser l’efficacité du triptyque produit-procédé-matériau, et, finalement, l’adéquation du produit, du point de vue tant technico-économique qu’environnemental.
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Mesure dans le plan
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1. Importance de la taille et de la proportion des microstructures
1.1 Introduction aux propriétés des grains métalliques
Les métaux sont généralement constitués d’une multitude de grains de très petite taille. Chaque grain occupe un volume polyédrique, et est en contact avec ses voisins par une surface appelée joint de grain. Il est constitué d’un monocristal dont l’orientation varie d’un grain à l’autre. Si la structure et la composition de tous les grains sont identiques, le métal est dit monophasé. S’il est constitué de grains de deux structures et/ou compositions différentes, il est dit biphasé (figure 1), dans le cas de trois structures et/ou compositions, triphasé. Au-delà, on parle de métal polyphasé.
Par abus de langage, on utilise aussi le terme grains dans le cas d’eutectoïdes biphasés, comme la perlite dans les aciers (figure 2). La perlite est composée d’un agrégat de lamelles de ferrite monophasées et de lamelles de cémentite, aussi monophasées. Ce point donne lieu à un certain nombre de controverses que nous n’aborderons pas.
La taille et la forme des grains varie fortement en fonction de l’histoire thermomécanique du métal. Par exemple, à l’intérieur de la zone affectée thermiquement d’une soudure, la taille des grains varie fortement (figure 3).
De même, après un palier à température élevée, on observe une forte augmentation de la taille des grains de laiton (figure 4).
Dans le cas des aciers, un recuit d’affinage permet de réduire la taille des grains (figure 5).
HAUT DE PAGE1.2 Importance de la taille et de la forme des grains
La relation de Hall-Petch indique que la limite d’élasticité d’un métal obéit à une loi affine fonction de la racine carrée de la...
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Importance de la taille et de la proportion des microstructures
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) - Précis de Métallurgie. - AFNOR Nathan (2005).
-
(2) - BENMESSAOUD (F.) - Influence de la microstructure sur le comportement mécanique de l’alliage de titane Ti-6Al-V : étude expérimentale et modélisation numérique multi-échelle. - Thèse de doctorat, École des Mines d’Albi-Carmaux (2020).
-
(3) - ZHEMCHUZHNIKOVA (D.) - Influence of the extreme grain size reduction on plastic deformation instability in an AlMg and AlMgScZr alloys. - Thèse de doctorat, École doctorale C2MP Université de Lorraine (2018).
-
(4) - MATHON (B.), FURON (T.), AMSALEG (L.), BRINGER (J.) - Recherche approximative de plus proches voisins efficace et sûre. - GRETSI (2013).
-
(5) - NIST/SEMATECH - e-Handbook of Statistical Methods, - http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/ (2011)
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Aciers – Détermination micrographique de la grosseur de grain apparente - NF EN ISO 643 - 2020
-
Test Methods for Determining Average Grain Size - ASTM E112-24 - 2024
-
Aciers – Caractérisation métallographique de la grosseur et de la distribution de grain duplex - ISO 14250 - 2000
-
Aciers – Détermination de la teneur en inclusions non métalliques – Méthode micrographique à l’aide d'images types - ISO 4967 - 2013
-
Produits sidérurgiques – Méthodes de détermination de la teneur en inclusions non métalliques des aciers corroyés – Partie II : méthode micrographique à l’aide d'images-types - NF A04-106 - 1984
-
Standard Test Method for Determining Nodularity And Nodule Count In Ductile Iron Using Image Analysis - ASTM E2567 - 2016
-
Standard Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count - ASTM E562-19 - 2020
-
...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Leica Microsystems : microscopie https://www.leica-microsystems.com/fr/
Olympus : microscopie https://www.evidentscientific.com/fr/
Zeiss : microscopie https://www.zeiss.com
HAUT DE PAGE1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE
1.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Metallography, Microstructure and Analysis https://www.springer.com
Traitements et matériaux http://traitementsetmateriaux.fr/
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